口腔种植用羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷的机械性能测试

目的研制具有优良机械力学性能的口腔种植用羟基磷灰石(HAp)-氧化锆(ZrO2)复合陶瓷。方法按照HAp∶ZrO2体积比分组(A组4∶6,B组5∶5),运用放电等离子烧结制备HAp-ZrO2复合陶瓷。测定各组瓷块的体积密度、三点弯曲强度、断裂韧性及硬度;比较各组试件的机械性能差异。结果A组和B组陶瓷体积密度分别为(4.87±0.03)g/cm3和(4.57±0.05)g/cm3,陶瓷相对密度分别为99.47%和99.13%;表观气孔率分别为(3.74±1.5)%和(2.54±1.1)%;上述数值与理论值比较均无统计学差异。A组陶瓷的弯曲强度、硬度明显大于B组:(598±65)MPavs(442±31)MPa,(9.7±0.1)Gpavs(9.5±0.1)Gpa(P均<0.0.1);两组断裂韧性相近:(2.6±0.2)MPa.m1/2vs(2.5±0.2)MPa.m1/2(P>0.0.5)。结论Hap-ZrO2复合陶瓷中随着Hap组分含量的增加及ZrO2含量的减少,其机械性能下降。

放电等离子烧结制备纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷

目的制备保持羟基磷灰石生物活性的新型纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷。方法湿球磨法制备羟基磷灰石与氧化锆复合粉体,复合陶瓷素坯制作后,放电等离子烧结制备新型纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷,X射线衍射分析及扫描电子显微镜观察复合陶瓷的晶相与超微结构。结果复合陶瓷经X射线衍射分析显示其中有羟基磷灰石相和四方相氧化锆,未发现其他物质以及其他相的氧化锆。扫描电镜下氧化锆相呈白色,羟基磷灰石相呈黑色;黑白区域间隔存在,呈现均匀散在分布,白色区域略多于黑色区域,未见明显孔隙存在。结论用放电等离子法制备得到的复合陶瓷均匀、致密,无明显气孔存在,无羟基磷灰石或氧化锆单一组分的团聚,提示两组分在烧结过程中未发生反应。

纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷体外急性溶血性与致敏性研究

目的通过急性溶血实验和致敏实验进一步评价纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷的生物安全性。方法按照复合陶瓷不同体积组成比分组,参照ISO/TR7405-84(E)的实验方法进行溶血实验;以健康成年的白化豚鼠为实验动物,按照诱导阶段、激发阶段和动物观察的顺序进行致敏实验,按评分标准评价红斑和水肿反应程度,并对结果进行统计学分析。结果不同体积组成比例的纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷无溶血反应,各组纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷均无皮肤致敏作用。结论纳米羟基磷灰石-氧化锆复合陶瓷生物安全性好,其生物活性还有待体内实验进一步证实。

相转移溶菌酶用于氧化锆全瓷种植材料表面改性后介导羟基磷灰石涂层的生物活性

背景:氧化锆种植体因良好的生物相容性被用于口腔种植领域,因其具有生物惰性,所以需对种植体表面进行改性来提高生物活性,羟基磷灰石涂层是广泛应用于种植体表面的改性技术。目的:利用相转变溶菌酶在氧化锆表面构建羟基磷灰石涂层,赋予其生物活性,提高种植体成功率。方法:将相转变溶菌酶溶液滴至光滑的氧化锆试件表面,反应2 h;将相转变溶菌酶改性氧化锆试件置于模拟体液中孵育10 d,诱导羟基磷灰石涂层。检测未改性氧化锆试件、相转变溶菌酶改性氧化锆试件与羟基磷灰石涂层氧化锆试件的接触角、粗糙度与机械性能;将3种氧化锆试件分别与MC3T3-E1细胞共培养,检测细胞增殖与碱性磷酸酶活性;将未改性氧化锆试件、羟基磷灰石涂层氧化锆试件分别与MC3T3-E1细胞共培养,扫描电镜下观察细胞黏附。结果与结论:①羟基磷灰石涂层组试件的接触角小于未改性组(P<0.05),粗糙度大于未改性组(P<0.05);3组试件的维氏硬度和断裂强度比较差异无显著性意义(P>0.05);②CCK-8检测显示,羟基磷灰石涂层组培养3,5,7 d的细胞增殖吸光度值均大于相转变溶菌酶组、未改性处理组(P<0.05);羟基磷灰石涂层组培养7,14 d的细胞碱性磷酸酶活性均高于相转变溶菌酶组、未改性处理组(P<0.05);③扫描电镜下可见,培养12 h,MC3T3-E1细胞紧密贴附于两种氧化锆材料表面;培养3 d后,两种材料表面的细胞数量增加,其中羟基磷灰石涂层组的细胞数量更多并出现细胞连接;④结果表明,对于氧化锆全瓷材料,在相转变溶菌酶改性的基础上制备羟基磷灰石涂层,可提高其亲水性、细胞相容性,且不影响材料的机械性能。

纳米羟基磷灰石-二氧化锆生物陶瓷材料刀片切割伤口的愈合(英文)

背景:羟基磷灰石是一种理想的骨和牙齿的外科医用材料,但其强度低且具有一定的脆性;羟基磷灰石和二氧化锆(3%mol氧化钇稳定的立方相二氧化锆)作为骨替代材料,二者复合后制备生物陶瓷材料对伤口愈合的影响值得研究。目的:观察纳米羟基磷灰石-二氧化锆生物陶瓷刀片材料切割伤口后对其愈合的影响。设计:单一样本观察。单位:哈尔滨医科大学附属第二医院骨二科,哈尔滨工业大学。材料:实验于2006-03/05在哈尔滨医科大学附属第二医院实验动物研究室完成,选用54只4月龄SD大鼠,雌雄不限,体质量120～180g。实验所使用的纳米羟基磷灰石粉体为自行制备,Ca(NO3)2·4H2O(天津市博迪化工有限公司),(NH4)2HPO4(天津市石英钟厂霸州化工分厂),氨水(绥化市化学试剂厂),无水乙醇(天津化学试剂厂)。方法:将纳米羟基磷灰石和二氧化锆粉体经充分研磨后得到纳米羟基磷灰石/二氧化锆复合粉体,以质量比按40%羟基磷灰石+60%二氧化锆比例配制,采用热压烧结技术磨削制成具有一定刃形形状的外形,进行伤口切割实验,即用高压灭菌后的生物陶瓷刃部纵行切开大鼠背部皮肤与皮下组织,切口长为2cm,再用1#丝线缝合切口。分别在术后第3,7,14天将动物断颈处死,每次取18只,切取切口处皮肤与皮下、肌肉组织进行大体观察,同时进行切片、苏木精-伊红染色,光学显微镜观察伤口愈合情况。主要观察指标:大鼠背部伤口大体及组织学观察结果。结果:纳入大鼠54只,均进入结果分析,无脱失值。术后3d,大鼠背部伤口边缘可见到表皮撕裂的微细碎屑,切口未愈合,切口边缘有明显的炎性细胞浸润。术后7d,切口边缘仍可见到表皮撕裂的微细碎屑,但已经开始出现修复反应,碎屑减少,切口变平整,开始愈合,切口皮下组织内有明显的炎性细胞浸润。在高倍光学显微镜下观察,创缘开始愈合,可见到新生的胶原纤维充填于切口间,但胶原纤维较疏松,皮下组织内有大量的浸润的白细胞,为组织修复反应相。术后14d,伤口创缘间被致密的胶原纤维充填,皮下组织内的白细胞浸润明显减轻,新生的毛细血管内可见到正常的血细胞,切口间新形成的胶原纤维致密坚强,为正常创伤修复与和组织。结论:纳米羟基磷灰石-二氧化锆生物陶瓷材料具有无毒、无过敏等特点,具有良好的生物活性。

氧化锆增韧羟基磷灰石纳米复相多孔生物陶瓷的制备与性能

以过氧化氢为成孔剂将羟基磷灰石、氧化锆、氧化钇粉料按比例混和、成型、烧结制备出氧化锆增韧羟基磷灰石纳米复相多孔生物陶瓷材料,并与纯羟基磷灰石材料的理化性能进行比较。通过阿基米德法测定成型压力为15MPa所制备的纯羟基磷灰石和多孔生物陶瓷的孔隙率分别为26%和28%。X射线衍射分析表明多孔生物陶瓷材料的物相组成为羟基磷灰石和四方氧化锆相;扫描电镜观察多孔生物陶瓷形貌具有多孔结构;通过万能材料试验机测定在成型压力15MPa条件下所制备多孔生物陶瓷和纯羟基磷灰石的抗弯强度分别为48.7MPa和30.8MPa;弹性模量分别为3851.27MPa和3071.58MPa;断裂韧性分别为0.34MPa·m1/2和0.09MPa·m1/2。

氧化锆与纳米羟基磷灰石陶瓷的剪切实验

背景:应用纳米羟基磷灰石作为表面改性材料经高温烧结结合于氧化锆陶瓷表面,可改善陶瓷材料的骨诱导活性,增强骨结合强度,而烧结温度是影响复合体性能和黏合的关键因素。目的:检测不同烧结温度下纳米羟基磷灰石陶瓷涂层与氧化锆陶瓷黏结后的剪切强度。方法:采用溶胶-凝胶技术制备纳米羟基磷灰石浆料,将其分层均匀涂布于20个氧化锆生坯表面,随机分为4组,将试件放置在无压烧结炉内,将烧结温度分别设定为1 300,1 400,1 500,1 550℃。利用万能材料试验机测定和计算烧结后4组试件的剪切强度,并观测分析断裂界面类型。结果与结论:随着烧结温度的升高,试件抗剪切强度逐渐增加,组间抗剪切强度两两比较差异有显著性意义[(4.04±1.19),(6.60±0.95),(16.51±1.93),(80.47±19.31)MPa,P<0.05],说明在温度为1 550℃范围内,烧结温度与抗剪切强度呈正相关。结果表明,在一定的温度范围内,烧结温度越高,氧化锆与纳米羟基磷灰石陶瓷之间的抗剪切强度越高,温度为1 550℃时,两者之间的抗剪切强度最高。

不同比例羟基磷灰石/β-磷酸三钙涂层支架修复骨缺损

背景:羟基磷灰石/β-磷酸三钙双相磷酸钙陶瓷具有良好的生物相容性与骨传导能力,可以作为涂层材料联合用于超临界骨缺损修复,但羟基磷灰石/β-磷酸三钙涂层的最佳质量比目前尚无明确报道。目的:在兔桡骨超临界骨缺损部位植入不同比例羟基磷灰石/β-磷酸三钙涂层多孔生物陶瓷支架,评估其修复作用,以期获得最佳的涂层比例。方法:采用3D打印技术制备羟基磷灰石多孔生物陶瓷支架,并在其表面使用不同比例的羟基磷灰石与β-磷酸三钙(二者质量比分别为3∶7,5∶5,7∶3)进行涂层处理,然后对支架的细胞毒性、孔隙率、力学强度、涂层厚度等参数进行测试。在36只新西兰大白兔右前肢建立15.0 mm兔桡骨超临界骨缺损模型,随机分4组处理,每组9只:空白组不植入任何材料,3∶7涂层组、5∶5涂层组、7∶3涂层组分别植入对应质量比例涂层的羟基磷灰石多孔生物陶瓷支架,术后4,8,12周,分别进行X射线片及Micro-CT检查、Van-Gieson染色、苏木精-伊红染色及Ⅰ型胶原蛋白免疫组织化学分析。结果与结论:①3∶7、5∶5、7∶3涂层支架的细胞毒性均为0级,涂层厚度为(75.2±0.54)μm,孔隙率分别为(54.02±5.17)%,(53.28±5.05)%,(52.82±4.55)%,抗压强度分别为(11.15±0.72),(11.18±0.78),(10.24±0.70)MPa;②X射线与Micro-CT检查结果显示,随着时间的增加,各组骨缺损有不同程度的修复,至术后12周时,3∶7涂层组骨缺损修复效果最佳,该组材料内部的骨长入体积与材料外表面的新生骨体积最多;③Van-Gieson染色与苏木精-伊红染色显示,术后12周时,3∶7涂层组骨缺损区及支架内部均有新骨形成,且新生骨组织最多、新生骨结构最为致密;免疫组织化学分析显示,术后12周时,3∶7涂层组Ⅰ型胶原蛋白表达高于其他两组;④结果表明,3∶7涂层组对兔桡骨超临界骨缺损的修复效果最佳,骨支架涂层羟基磷灰石与β-磷酸三钙的最佳质量比为3∶7。

氧化锆增韧羟基磷灰石生物活性复合材料

本研究采用四方氧化锆多晶增韧羟基磷灰石生物活性陶瓷，在不降低材料生物活性基础上，提高材料断裂韧性指标。采用ＸＲＤ、ＩＲ及ＳＥＭ等方法研究材料的相组成与显微结构。材料已用于临床实验。

氧化锆基羟基磷灰石梯度涂层材料的研究

本文采用涂覆-烧结法制备了一种以氧化锆为基体的生物玻璃-羟基磷灰石梯度涂层材料，并对其热学、力学性能进行了测试实验发现，在生物玻璃-羟基磷灰石梯度设计时，羟基磷灰石含量对复合体材料的热膨胀性能有着较大的影响．这种影响的原因是，随着羟基磷灰石含量的变化，复合体材料的结构发生改变，从玻璃相为主晶相向羟基磷灰石为主晶相转变．文中对梯度涂层各层中的热应力进行了计算，其结果与涂层-基体的结合强度相吻合.

微束等离子喷涂氧化锆增韧羟基磷灰石复合涂层

采用微束等离子喷涂方法,在Ti-6Al-4V基体上制备了羟基磷灰石+氧化锆(70HA-30ZrO2,质量分数,%)复合涂层。将复合涂层置于模拟体液中分别浸泡了3,7,14,28 d并观察表面磷灰石的生长情况以评价涂层生物活性。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析技术对涂层浸泡前后的表面形貌和相组成进行了研究。结果表明,涂层中ZrO2主要以立方相存在;喷涂过程中羟基磷灰石(HA)出现了一定的分解,产生大量的α-Ca3(PO4)2杂质相。HA涂层熔化效果很好,但涂层中有未熔化的ZrO2颗粒。涂层在模拟体液中浸泡28 d后表面可以形成磷灰石,说明涂层具有很好的生物活性。

钛合金表面磁控溅射制备羟基磷灰石／氧化钇稳定氧化锆复合涂层

采用磁控溅射法在Ti6Al4V基体上制备了HA／YSZ复合涂层。用X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜和划痕法对涂层进行了表征。结果表明:用磁控溅射法可在Ti6Al4V基体上成功制备HA／YSZ复合涂层,涂层主要含有HA、ZrO2和Y2O3物相,此外还有少量的TCP和CaO相;涂层表面呈多孔状,有利于类骨组织的长入,表面显微粗糙度约为140 nm,涂层厚度约为4μm;划痕法测量涂层与基体的附着力约为80 N。

等离子喷涂-水热处理制备二氧化钛-羟基磷灰石复合涂层

为克服等离子喷涂羟基磷灰石生物涂层在结合强度和成分上的缺点 ,通过在钛合金基体上等离子喷涂二水磷酸氢钙和二氧化钛 (锐钛矿型 )复合粉末 ,并后续水热处理 ,制备了二氧化钛 -羟基磷灰石复合涂层。结果表明 :二水磷酸氢钙和二氧化钛复合粉末的等离子喷涂涂层由CaHPO4,Ca2 P2 O7,Ca3(PO4) 2 ,非晶磷酸钙和二氧化钛组成。水热处理涂层由羟基磷灰石和二氧化钛组成 ,升高水热处理温度可提高涂层中羟基磷灰石的结晶性。随着原始粉中二氧化钛加入量的增加 ,喷涂涂层中磷酸钙的含量和水热处理涂层中羟基磷灰石的含量减少 ,羟基磷灰石的晶体形貌从细针状变为小颗粒状 ,喷涂涂层和水热处理涂层的结合强度也随之升高。当二氧化钛的质量分数为 60 % ,水热处理涂层的结合强度可达

微弧氧化/溶胶-凝胶法制备镁基羟基磷灰石复合涂层及性能研究

采用微弧氧化/溶胶-凝胶工艺,在AZ91D镁合金表面制备羟基磷灰石涂层,并研究了镁基羟基磷灰石涂层的形貌、结构、组成及其电化学性能。结果表明,微弧氧化电流密度为0.5A/cm2时,采用溶胶-凝胶法制备的涂层表面均匀、多孔且紧密;Ca/P摩尔比(1.70)高于溶胶配制的比例(1.67),是由于CO2-3替代了磷灰石晶格中的PO3-4所致。电化学测试结果表明,微弧氧化电流密度为0.5A/cm2时,羟基磷灰石涂层在Hank’s溶液中具有较低的腐蚀电流密度、较高的总阻抗和腐蚀电阻;浸泡实验表明该涂层有利于诱导磷灰石涂层的形成。

多孔氧化锆基体上涂覆羟基磷灰石涂层材料的制备和性能

用凝胶成型法制备了三维网状开孔结构的多孔氧化锆(ZrO2)支架材料,通过改变浸渍循环次数实现了对材料孔隙率的控制;然后在多孔ZrO2支架的表面涂覆了羟基磷灰石(HA)涂层,中间涂覆了氟磷灰石(FA)层,用XRD对其进行了表征,并进行了体外模拟试验。结果表明:加入FA中间层以后,防止了HA和ZrO2之间的化学反应,提高了涂层性能;涂覆了HA的多孔ZrO2材料的强度是多孔HA材料强度的7倍多;这种有涂层的多孔支架材料很适合细胞的生长,具有良好的生物相容性。

钛表面微弧氧化羟基磷灰石陶瓷膜的结构及其生物活性

采用微弧氧化技术(MAO),以纯钛(TA2)为基体,在醋酸钙和磷酸二氢钠电解液体系中,制备含羟基磷灰石(HA)的生物活性陶瓷膜,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)和红外光谱(FT-IR)对膜层进行表征,通过体外模拟体液浸泡实验检测膜层的生物活性.结果表明,纯钛经微弧氧化处理10min后,在其表面能生成一层含羟基磷灰石成分的多孔陶瓷膜,该膜层经模拟体液浸泡48h后,其表面覆盖一层含有CO2-3的羟基磷灰石(类骨磷灰石),即该陶瓷膜层具有良好的生物活性.

羟基磷灰石/氧化锆复合涂层热稳定性和结合强度的研究

为了提高羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层的结合强度,采用水热电沉积法在HA涂层中引入第二相颗粒氧化锆(ZrO2)制备HA/ZrO2复合涂层,研究了ZrO2晶型对涂层表面形貌、相组成、热稳定性和涂层结合强度的影响。实验结果表明,ZrO2的复合减小了HA晶体尺寸,但不影响HA水热电沉积的机理;1200℃热处理后,HA分解生成的CaO和ZrO2形成固溶体,使单斜晶型(m-ZrO2)和四方晶型(t-ZrO2)的ZrO2转变为立方晶型的的ZrO2(c-ZrO2),并促进HA的完全分解;HA/ZrO2复合涂层的结合强度明显高于纯HA涂层的结合强度,且随涂层中ZrO2含量增大和热处理温度的升高而增大。1000℃热处理后,HA/ZrO2复合涂层既有较高的结合强度,又可获得对骨生长有利的HA+β-Ca3(PO4)2(β-TCP)双相结构。

羟基磷灰石/40%氧化锆与骨组织相容性和生物活性的体内研究

目的探讨羟基磷灰石/40%氧化锆(HA/40%ZrO2)骨植入后组织相容性和生物活性。方法30只家兔右侧股骨大转子植入HA/40%ZrO2,左侧植入HA为对照组,于术后1、2、4周处死动物通过光镜和手术前后1周白细胞计数(WBC)观察局部及全身炎症反应和骨/植入物界面情况。于术后4、8、16周时处死动物,通过光镜和扫描电镜分析,观察局部炎症反应及骨/植入物界面结合进行研究。结果①1、2、4周后植入物局部及全身均有轻微炎症反应,空隙随时间延长而逐渐减小,术后WBC较术前升高,有显著差异;于8、16周时局部及全身无明显炎症反应,骨与植入物结合紧密且无明显空隙,两组间无显著差异。②光镜下见1、2周少量炎症细胞浸润,4、8、16周无明显炎症细胞浸润;4周两组植入物与宿主骨间见骨缺损区,内充满新生类骨质;8周两种植入物与新生骨组织整合,新生骨组织成熟度升高。③扫描电镜下见新生骨成熟度随植入时间而升高。结论HA/40%ZrO2有良好的组织相容性和生物活性,具有广阔的临床应用前景。

氧化锆基纳米羟基磷灰石功能梯度生物材料的微观形貌和物相分析

背景:新型氧化锆基纳米羟基磷灰石生物梯度功能陶瓷具备层间结合牢固、抗压和抗剪切强度高的机械性能,但其生物学性能尚待研究。目的:应用扫描电镜和X射线衍射仪检测氧化锆基纳米羟基磷灰石生物梯度功能陶瓷的微观形貌和物相。方法:将圆柱状氧化锆基纳米羟基磷灰石生物梯度功能陶瓷用高速手机纵向剖成薄片状试件,用细砂纸对剖面(各层相交面)进行打磨抛光,喷金后采用扫描电镜观察表面微观形貌及分层结构;将试件在玛瑙研钵体研磨成粉末状,纱布过滤后筛取粒度较小的陶瓷粉末,采用X射线衍射仪进行物相分析。结果与结论:①扫描电镜显示,梯度层间结合紧密,晶粒体积基本均一,有少量氧化锆团聚,越靠近表面层纳米羟基磷灰石含量越高,且有均匀的小孔隙;②X射线衍射仪检测显示,主要以四方相氧化锆和纳米羟基磷灰石衍射峰为主,另有少量β-磷酸三钙、α-磷酸三钙、CaZrO3和单斜相氧化锆晶体;③结果间接表明,表层纳米羟基磷灰石在梯度层过渡下与氧化锆基体层结合牢固,氧化锆基纳米羟基磷灰石梯度功能生物材料是一种力学和生物学性能优良的陶瓷材料。

纳米氧化锆梯度复合羟基磷灰石内固定材料的应力遮挡

目的:探讨氧化锆梯度复合羟基磷灰石内固定材料的应力遮挡率的变化。方法:将Beagle犬制成双侧股骨中段横断骨折模型后,分别以氧化锆梯度复合羟基磷灰石内固定材料和有限接触不锈钢接骨板固定,观察其应力遮挡率的变化。结果:不同材料内固定的应力遮挡率分别随着固定时间6、8、12周而逐渐降低,且前者要低于后者,但无统计学差异。结论:说明内固定应力遮挡率的下降与固定时间具有相关性,氧化锆梯度复合羟基磷灰石内固定材料是一种可靠的内固定材料。